সাগরের নুন ধরে ফেলে ভুতুড়ে কণা

IceCube ও KM3NeT-এর মতো বিশাল নিউট্রিনো দূরবীক্ষণ যন্ত্র প্রাকৃতিক বরফ বা সমুদ্রজলকে শনাক্তকারীতে পরিণত করে: স্বচ্ছ মাধ্যমের ঘন কিলোমিটার, যার ওপর নজর রাখে হাজার হাজার আলোক-সেন্সর। এগুলো গভীর মহাকাশ থেকে বিপুল শক্তির নিউট্রিনো ধরেছে। কিন্তু কম শক্তিতে, কয়েক মিলিয়ন ইলেকট্রনভোল্টের (MeV) পরিসরে, এদের সেন্সরগুলো একে অপরের থেকে এত দূরে যে একটিমাত্র নিউট্রিনো মিথস্ক্রিয়া ধরতে পারে না। এরা কেবল নিজেদের গণনা-হারে একটি সমষ্টিগত বৃদ্ধি টের পায়।

এটা দুঃখের, কারণ MeV নিউট্রিনো মূল্যবান তথ্য বয়ে আনে। কাছাকাছি একটি ধসে পড়া তারা — অর্থাৎ কেন্দ্র-পতন সুপারনোভা — সরাসরি তার হৃদয় থেকে প্রায় 10⁵⁸টি এমন নিউট্রিনো ছাড়ে। অন্যগুলো, যাদের বলা হয় ভূ-নিউট্রিনো, পৃথিবীর অভ্যন্তর অনুসন্ধান করে; পারমাণবিক চুল্লি থেকে আসাগুলো নির্ভুল পরিমাপ ও দূর থেকে নজরদারি সম্ভব করে।

দুই তালের সংকেত

ইলেকট্রন প্রতিনিউট্রিনো ধরা পড়ে একটি বিক্রিয়ার মাধ্যমে, যার নাম বিপরীত বিটা ক্ষয় (inverse beta decay): প্রতিনিউট্রিনোটি একটি প্রোটনকে আঘাত করে একটি পজিট্রন — ইলেকট্রনের প্রতিপদার্থ যমজ — ও একটি নিউট্রন তৈরি করে। পজিট্রনটি সঙ্গে সঙ্গে একটি আলোর ঝলক দেয়। নিউট্রনটি কিছুক্ষণ ঘুরে বেড়ায়, তারপর একটি নিউক্লিয়াস তাকে ধরে, যা দ্বিতীয় একটি ঝলক ছাড়ে। সময় ও স্থানে কাছাকাছি দুটি ঝলক: এমন এক স্বাক্ষর, যা পটভূমির গোলমাল কদাচিৎ নকল করতে পারে।

বিশুদ্ধ জলে নিউট্রনটিকে হাইড্রোজেন ধরে প্রায় 200 মাইক্রোসেকেন্ড পরে, যা মাত্র 2.2 MeV-এর একটি গামা রশ্মি ছাড়ে। Super-Kamiokande বা SNO+-এর মতো ঘন শনাক্তকারী এটি দেখতে পায়। কিন্তু বিরল সেন্সরের একটি সামুদ্রিক দূরবীক্ষণ যন্ত্রে, মহাজাগতিক মিউয়ন, সেন্সরের গোলমাল আর প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয়তার — বিশেষ করে সমুদ্রজলে দ্রবীভূত পটাশিয়াম-40-এর — গোলমালে চাপা পড়ে এটি প্রায় অদৃশ্য।

ক্লোরিনের উদ্ধার

Shanghai Jiao Tong University-র Ruike Cao, Iwan Morton-Blake, Donglian Xu ও তাঁদের সহকর্মীরা দেখিয়েছেন, সমুদ্রজলে সমাধান আগে থেকেই আছে। ক্লোরিন-35 সমুদ্রজলের নিউক্লিয়াসের মাত্র প্রায় 0.25%, কিন্তু এটি ধীর নিউট্রনকে হাইড্রোজেনের চেয়ে প্রায় 130 গুণ সহজে ধরে (43.6 বার্ন বনাম 0.333 — বার্ন হলো সেই একক, যা দিয়ে পদার্থবিদেরা মাপেন একটি নিউক্লিয়াসের কোনো কণা ধরে ফেলার সম্ভাবনা)। আর এর গ্রহণ গামা রশ্মির একটি ধারা ছাড়ে, যার মোট শক্তি প্রায় 8.6 MeV — চার গুণ বেশি শক্তি, তাই শনাক্ত করার জন্য অনেক বেশি ফোটন।

গ্রহণটি দ্রুতও: সমুদ্রজলে প্রায় 130 মাইক্রোসেকেন্ড, বিশুদ্ধ জলে যেখানে প্রায় 200। কম অপেক্ষা মানে সরু একটি সময়-জানালা, আর কম আকস্মিক মিল।

দ্বিগুণ দূর পর্যন্ত

দলটি ধারণাটির সিমুলেশন করেছে TRIDENT-এ, দক্ষিণ চীন সাগরে পরিকল্পিত পরবর্তী প্রজন্মের একটি নিউট্রিনো দূরবীক্ষণ যন্ত্র, যা সেন্সর মডিউলের প্রায় 1,000টি সারি দিয়ে প্রায় 10 ঘন কিলোমিটার জলকে যন্ত্রসজ্জিত করবে। প্রতিটি মডিউলে 31টি ছোট আলোক-সেন্সর থাকে, তাই এদের কয়েকটিকে একসঙ্গে সাড়া দিতে হবে, এমন শর্ত রাখা যায়। তাঁদের সিমুলেশনে ধরা হয়েছে স্থানটিতে মাপা পটাশিয়াম-40-এর সক্রিয়তা এবং যে মিউয়নগুলো প্রায় 3 কিলোমিটার গভীরতাতেও পৌঁছায়, সেগুলো।

চারটি ছাঁকনি প্রতিনিউট্রিনোগুলোকে বেছে নেয়: কতগুলো সেন্সর জ্বলে ওঠে, দুটি ঝলকের মধ্যে বিলম্ব (0.3 মিলিসেকেন্ডের কম), আলোর দিক, আর প্রতিবেশী মডিউল কোনো চলমান মিউয়ন দেখলে একটি বাতিল-সংকেত (veto)।

লাভ বিশাল। 27 সৌর ভরের একটি মানদণ্ড তারার জন্য, কেবল প্রথম ঝলক দিয়ে TRIDENT প্রায় 50 কিলোপারসেক (এক কিলোপারসেক প্রায় 3,260 আলোকবর্ষ) পর্যন্ত ধস 5-সিগমা তাৎপর্যে শনাক্ত করবে — আবিষ্কারের জন্য পদার্থবিদদের মানদণ্ড, যেখানে ব্যাপারটা নিছক কাকতালীয় হওয়ার সম্ভাবনা দশ লাখে একেরও কম। ক্লোরিন-চিহ্নিত নিউট্রন যোগ করলে তা বেড়ে দাঁড়ায় 100 কিলোপারসেকেরও বেশি — দ্বিগুণ দূরত্ব। সুপারনোভার আরেকটি মডেলে (30 সৌর ভর) দিগন্ত প্রায় 60 থেকে বেড়ে 125 কিলোপারসেক হয়।

বাঁয়ে: সমুদ্রজলে (নীল) নিউট্রন-গ্রহণ বিশুদ্ধ জলের (কমলা) চেয়ে দ্রুত ও বেশি স্পষ্টভাবে আসে। ডানে: নিউট্রনকে চিহ্নিত করা (লাল) TRIDENT-এর সুপারনোভা-দিগন্তকে কেবল প্রথম ঝলকের সংকেতের (গাঢ় নীল) চেয়ে অনেক দূরে ঠেলে দেয়। — চিত্র 2, Cao et al. (2026), arXiv:2610.30754.

পাহাড়ের নিচে পরীক্ষা

নীতিটি যাচাই করতে দলটি China Jinping Underground Laboratory-তে 0.5 টনের একটি জলের ট্যাংকে TRIDENT-এর একটি মডিউল নামিয়েছে, 2.4 কিলোমিটার পাথরের নিচে, যা বেশির ভাগ মহাজাগতিক মিউয়ন আটকে দেয়। 30 সেন্টিমিটার দূরের একটি অ্যামেরিসিয়াম–বেরিলিয়াম উৎস প্রতিনিউট্রিনোর মতোই দুই-তালের ধাঁচ তৈরি করেছে: একটি গামা রশ্মি, তারপর একটি নিউট্রন।

তাঁরা চেষ্টা করেছেন বিশুদ্ধ জল, সমুদ্রজলের ঘনত্ব পর্যন্ত নুন মেশানো জল, এবং সমুদ্রের তেজস্ক্রিয়তা নকল করতে বাড়তি পটাশিয়াম ক্লোরাইড মেশানো নোনা জল। নোনা জলে দ্রুত দ্বিতীয় ঝলকের একটি বাড়তি দেখা দিয়েছে, 3.4 সিগমার বেশি তাৎপর্য (আবিষ্কারের 5-সিগমা মানদণ্ডের নিচে, তবে নিছক কাকতালের চেয়ে অনেক ওপরে) ও 0.14 ± 0.04 মিলিসেকেন্ডের গ্রহণ-সময় সহ — সমুদ্রজলের সঙ্গে সংগতিপূর্ণ। উৎস সরিয়ে নিলে কিছুই নেই। বাড়তি পটাশিয়াম থাকলে বাড়তিটি দুর্বল ছিল, প্রায় 2 সিগমা।

বাঁয়ে: জিনপিংয়ে পরীক্ষার ব্যবস্থা। ডানে: নোনা জলে উৎস থাকলে (কালো), ছোট বিলম্বের একটি বাড়তি সিমুলেটেড নিউট্রন-গ্রহণের (ড্যাশ রেখা) সঙ্গে মিলে যায়। — চিত্র 3, Cao et al. (2026), arXiv:2610.30754.

শনাক্তকারীতে ভরা এক সমুদ্র

লেখকেরা মনে করেন, বহু-সেন্সর মডিউলওয়ালা অন্য সমুদ্রজল দূরবীক্ষণ যন্ত্রেও, যেমন KM3NeT ও P-ONE-এ, একই কৌশল কাজ করবে। নুন যেহেতু আগে থেকেই আছে, তাঁরা সমুদ্রজুড়ে ছড়িয়ে থাকা প্রতিনিউট্রিনো শনাক্তকারীর কথাও কল্পনা করেন, প্রতিটি নিজের লক্ষ্যের জন্য বসানো: বিস্ফোরিত তারা, পারমাণবিক চুল্লি বা পৃথিবীর অভ্যন্তর। তাঁরা লিখেছেন, সমুদ্রের প্রাকৃতিক লবণাক্ততা পটভূমির গোলমাল না হয়ে একটি সম্পদ হয়ে ওঠে। ফলাফলগুলো দাঁড়িয়ে আছে এখনো পরিকল্পনাধীন একটি দূরবীক্ষণ যন্ত্রের সিমুলেশন আর একটি ট্যাংক-পরীক্ষার ওপর।